旋转型喷头灭火系统设计

1旋转型喷头灭火系统设计赵宇1，肖睿书1，颜日明2（1.广西华蓝设计集团有限公司，广西南宁530011；2.广州龙雨消防设备有限公司，广州511436）摘要：介绍了快速响应旋转型喷头自动喷水灭火系统的设计，建立了经国家消防装备质量监督检验中心检验合格的专利喷头流量公式，阐述了配水支干管水力计算参数等技术；可供大中小空间建筑消防给水系统设计和审查人员参考。关键词：快速响应；旋转型喷头；国家消防装备质量监督检验中心；专利喷头流量公式；灭火系统设计RotarySprinklerFire-extinguishingSystemDesignZHAOYu1，XIAORui-shu1，YANRi-ming2(1.GuangxiHualanDesign&ConsultingGroup,Naning530011China;2.LongiusFireEquipmentCo.,Ltd.,Guangzhou,511436China)Abstract:Theauthorsintroducethedesignoffast-responserotarysprinklersystems，setuptheflowcalculationformulaofthepatentedsprinklertestedasqualifiedbyChinaNationalFireEquipmentQualitySupervisionCentre，presenttherelativecalculationparametersofmainorbranchpipeline,etc.，allthesewouldbehelpfulforreferenceforlarge，middleorsmall-spacebuildingfire-protectionwatersupplysystemdesignandreviewstaff.Keywords:fast-response；rotarysprinkler;NFEQSC;flowcalculationformulaofthepatentedsprinkler;fire-extinguishingsystemdesign1前言《旋转型喷头自动喷水灭火系统技术规程》[1]（以下简称《规程》）自2006年12月1日施行以来，深受建筑消防给水系统设计人员的欢迎。《规程》指出，旋转型喷头是我国自主开发的新型自动喷水消防产品，具有结构简单、性能稳定、喷洒密度均匀、洒水覆盖面积大、响应快速、灭火效率高的特点。采用旋转型洒水喷头的自动喷水灭火系统，在保证喷水强度的前提下，可以加大喷头布置间距，减少喷头设置数量，从而简化管道系统。它采取了旋转式腔体设计，增添了控制出水和喷淋效果的圆锥活塞分流器，确保射出大水滴，有助于提高大水滴穿透火舌的能力，尽快抵达可燃物表面，借助覆盖喷洒旋转水流形成的强大下压风力，达到迅速吹熄淋灭火舌的效果。喷头由感应部件和布水部件组成（详见图1和图2）。感应部件采用玻璃球，布水部件采用胶圈密封圆锥活塞分流器和旋转式腔体。火灾发生时，感温玻璃球受热破碎，分流器在重力作用下（下垂型）或在水力作用下（直立型、扩展覆盖型）移位，被分流器封闭在管道内的水流进入旋转式腔体，并从喷头喷出，利用两束对称水流的反作用力不停地（面向调节螺丝）顺时针旋转，将水甩出，称为水力自动旋转大水滴布水旋风灭火方式。非旋转喷头受溅水盘和支架双杆阻挡，喷出小水滴形成狭短带状并有干涸区，短边的两倍射流半径（相当于保护直径）被约束得很小，入口动压超过0.3MPa时开始半雾化，压力越大，雾化越严重，灭火效率亦越低。而旋转喷头则相反，压力愈大灭火效果愈好。2图1旋转型喷头结构示意图2LAS-25喷头外观由于旋转型喷头没有溅水盘和挡板，因此下垂型（含吊顶型）、直立型和扩展覆盖面型喷头的均匀布水和劲旋强风灭火效果都十分良好。笔者主要推荐下垂型，喷头安装高度≤13m（DN15）、15m（DN20）和18m（DN25～40）。《规程》报道了LAS-25中口径喷头和标准喷头的对比试验。在喷头工作压力0.25MPa和安装高度5m的条件下，以国家制定1A木垛作为试验的结果表明，前者灭火时间仅为8s～16s，木垛火堆完全熄灭，而后者较难熄灭，前者灭火效果十分明显。由国家消防装备质量监督检验中心完成的试验结果，验证旋转喷头同时兼有强风和大水滴雨淋迅猛交替吹熄淋灭的特殊功能。2专利喷头流量公式旋转型喷头整体技术目前居世界领先水平，具有专利权，亦称专利喷头。由于圆锥活塞分流器和旋转式腔体在两束对称水流相互作用下，喷头均适应0.10~1.20MPa的动压，而其流量受到旋转式腔体的一定影响；以《自动喷水灭螺丝卡簧玻璃球支架调节螺丝旋转式腔体前盖后盖胶圈滚珠圆锥活塞分流器进水管3火系统设计规范》[2]公式q=K(10P)0.50为模式，根据五种规格专利喷头的多次试验数据，建立下列标准式：q=K(10P)n(1)10P=（q/K）1/n(1a)式中q—专利喷头流量（L/min）；K—喷头流量系数；P—喷头设计动压（MPa），一般取0.10～0.90；n—幂指数，n=0.42～0.46＜0.50。LAS-15～40专利喷头水力参数详见表1。表1专利喷头水力参数DN(mm)KnP=0.10(MPa)P=0.25(MPa)P=0.50(MPa)P=0.90(MPa)安装高度（m）R(m)q(L/s)（L/s）R(m)q(L/s)（L/s）R(m)q(L/s)（L/s）R(m)q(L/s)（L/s）15900.465.01.505.52.295.53.145.54.1213201420.466.02.376.53.617.04.967.06.5015252420.436.54.037.05.987.58.067.510.418322810.427.04.687.56.887.59.217.511.818403100.427.05.178.07.599.010.29.013.018表1说明当P=0.90MPa时，选用K=281喷头对应q=11.8L/s与文献[2]公式计算结果14.1L/s相差较多，（1）式体现了专利喷头水流动能略比非旋转喷头减少，其差值用于增强下压旋风极快地吹熄和淋灭火舌。R为喷头保护半径（m）。3配水支干管水力计算参数以内外壁热镀锌（涂塑消防专用）钢管为例，将LAS-25旋转型喷头（平均P=0.18MPa）配水支干管流量、管径、控制喷头数等参数列于表2（涂塑钢管可酌情缩小一号管径）。表2LAS-25喷头配水支干管流量、管径、控制喷头数（P=0.18MPa）DN/mm喷头数/只流量Q/（L·s-1）流速v/（m·s-1）比阻A/（kPa·m-1）（L·s-1）-1.85单位水损I/(kPa·m-1)5015.22.65（2.33）0.1279986(0.0498570)2.70（1.05）65210.43.04（2.80）0.0331139(0.0145143)2.52（1.10）80315.63.23（2.97）0.0143176(0.0062854)2.31（1.01）100420.82.49（2.35）0.0037903(0.0017685)1.04（0.49）1255～631.12.42（2.27）0.0013155(0.0006077)0.76（0.35）1507～1051.92.82（2.71）0.0005517(0.0002694)0.82（0.40）20011以上62.31.85（1.80）0.0001266(0.0000633)0.26（0.13）注：①开放喷头数最多按12只考虑。②I=AQ1.85（kPa/m）。4车库旋转型性价比优越快速响应旋转型喷头施工安装单价以常用DN20规格为例，高达220元/个4正是传统DN15喷头低价20元/个的11倍，建筑竞争市场喜欢按论个销售贵贱来评判系统的经济合理性，误认为前者比后者投资大很多而因循守旧地在车库设计中选用传统喷头系统。根据近几年多项工程统计资料，车库采用旋转型喷头系统造价指标只有40元/m2仅为传统喷头80元/m2的50%，为说明问题，以下引进指标参数如下：IR—下垂旋转型喷头论个造价指标，960元/个；IT—直立型传统喷头论个造价指标也是960元/个；AR—下垂旋转型喷头系统面积造价指标40元/m2；AT—直立型传统喷头系统面积造价指标80元/m2；PR—下垂旋转型喷头销售单价220元/个较贵；PT—直立型传统喷头销售单价20元/个便宜；nR—IR÷PR旋转喷头升值倍数4.4较低；nT—IT÷PT传统喷头升值倍数48很高；SR—下垂旋转型喷头服务面积24m2/个较大；ST—直立型传统喷头服务面积12m2/个较小。车库下垂旋转型与直立型传统喷头系统性价比较见表3。表3车库下垂旋转型与直立型传统喷头系统性价比较分类IR或ITAR或ATR或PTnR或nTSR或ST两种喷头系统性价比较简述旋转960(元/个)40(元/m2)220(元/个)4.4(倍)24(m2)喷头单价虽高达220元/个，但AR仅为40元/m2，喷头升值倍数仅为nR=4.4较低，灭火性能良好。喷头数量少，报警阀和管道精简性价比高。深受大众欢迎。传统960(元/个)80(元/m2)20(元/个)48(倍)12(m2)喷头单价虽低到20元/个，但AT却是80元/m2，喷头升值倍数预计nT=48很高，灭火性能差。喷头数量多，报警阀和管道繁杂性价比低。施工单位不欢迎。顺便指出的是传统型配水管DN25～50虽小；但支吊架间距综合平均3.2m/个布置，支吊架数量是旋转型的3倍左右，而旋转型配水管DN40～80虽大，而支吊架间距综合平均4.8m/个布置较疏，支吊架数量是传统型的33%。同时旋转型系统流量QSR一般≤30L/s，是传统型QST≤48L/s的63%，相应水泵与配电功率和消防水池容积等都比传统型小得多，故IR=IT=960元/个持平。注意旋转型喷头系统控制的喷头数按文献[2]表8.0.7配管径放大两级或以上。5斜屋面适用旋转型喷头大型厂房仓库等采纳斜屋面时，常选用直立型传统喷头（图3），施工单位强烈要求改变这种落后现状，因管道支吊架受力臂很长的影响难以安装固定，管道运行时振动很大，屋面结构易被破坏。改进后更换下垂旋转型喷头（图4），配水管紧贴屋面板，施工支架和管道运行质量有了安全保障，深受施工单位欢迎。56车库顶板适用旋转型喷头以柱网间距8400×8400的大型车库为例，当采用直立型传统喷头时，一个大网格（图5）可能布置喷头多达12个（尚未包括离RC梁、各种管道含DN25小配水竖支短管和风管及其支吊架等许多障碍物太近而需补设梁底含风管底下垂型喷头在内）以上，此时系统流量QST按开放28个和不均匀系数1.28计算骤增至≤48L/s。而推广应用下垂旋转型，一个大网格（图6）只需布置喷头2个（不必受任何障碍物影响而附加梁下或风管下喷头），此时系统流量按开放5个和不均匀系数1.10计算QSR≤30L/s。这是值得推荐的举措。下垂旋转型喷头布置在配水管下方，与配水管支吊架无关，直立型传统喷头则相反，喷头水流受许多小管及支吊架障碍物阻挡后雾化而降低灭火效果。此外直立型传统喷头匹配的6DN25竖支短管又细又长，施工安装稍有偏差会产生较大的相对扭矩，造成接头漏水，众多林立的DN25竖支短管及小喷头在车库仰视观瞻上很难看，不如下垂旋转型喷头那么整齐划一美观。77优选直通式过滤器根据文献[3]4.2.3条文规定，自喷系统水泵吸水需设置管道过滤器，以前传统喷头系统常采用Y型，它具有迂回曲折的流道，阻力高达38kPa（图7），自喷泵启动后吸水流量将会大打折扣，达不到输送足够流量实施灭火的效果。笔者建议应优选直通式或桶型过滤闸阀代替Y型（图8），其水头损失5kPa仅为改进前Y型的13%，且直通式外形尺寸小巧玲珑，十分方便装卸和清通杂物的科学管理。21法兰连接HH螺纹连接H1LL8LH8结语①十分适宜推广应用各种快速响应旋转型喷头自动喷水灭火系统，确保大空间民用与工业建筑消防给水